一种基于线性调频波形的宽带信道预失真补偿方法与流程

本发明涉及信号处理，具体涉及一种基于线性调频波形的宽带信道预失真补偿方法。

背景技术：

1、在宽带信号发射系统内，由于制造工艺的限制，一些器件难以保证完全理想和线性。如数模转换器、低通滤波器、放大器等，都会由于非理想特性使发射信号的幅度和相位产生失真，从而对信号的接收产生不利影响。以脉冲雷达信号为例，非线性失真造成发射的脉冲信号与原始信号相似性减弱和波形畸变，在接收端恶化信号的距离分辨性能，且形成虚假目标；针对高速通信数传信号，非线性失真造成发射信号的evm指标下降，在通信链路中形成额外解调损失，提高了通信的误码率。

2、为减小信道失真，提高信号的幅度一致性和相位一致性，需要对信号进行预失真补偿，以满足雷达成像、宽带通信等应用的需求。预失真技术有射频预失真和基带预失真两种。其中射频预失真电路会随着温度、时间的变化而变化，系统输出信号的线性化程度也变差。因而射频预失真的稳定性差、自适应能力不足。

3、线性调频信号(linear frequency modulation,lfm)作为一种常用宽带雷达信号，具有波形产生简单、数学特性易于分析的特点，是雷达系统中广泛使用的一种物理波形。基于lfm波形对宽带信道进行特性分析，可以根据lfm波形频率随时间线性变化的特点，将频率响应转化时域响应，同时带宽适应范围大，是评估宽带信道特性并依据特性进行预失真补偿的常用方法。

4、根据公开资料查询，现有的基于lfm波形预失真补偿过程大致如下：通过示波器或频谱仪获取时域或频域幅度数据，根据采样数据提取宽带信号产生系统的失真特性，计算出幅相失真系数，以供补偿使用。如专利cn105242242a，其处理方法是使用多项式拟合加正弦波拟合的方式对系统的幅度失真和相位失真特性进行拟合，该方法的优点是不需要构造预失真滤波器等复杂操作，实现简单；缺点是补偿效果的优劣受参数拟合阶数限制，若提高补偿精度，则必须增大多项式拟合次数和正弦波拟合频率数，运算量相应提高。

5、为计算lfm脉冲信号各点补偿系数，实现信号的预失真补偿，需获取发射输出的脉内波形与原始脉内波形同步关系，即准确选取接收信号脉冲起始点，从而获取失真后信号脉内各点的频响，然后推导出幅相补偿系数。可见，若采样信号的脉冲波形未能精确截取，将会对补偿效果带来很大的影响。如在专利cn109343421a中，对于示波器采样数据，通常粗略选取脉冲上升沿中间一点作为脉冲起始点，由于受到发射系统的非线性畸变影响，脉冲前沿变缓，难以精确判定脉冲前沿跳变时刻。当发射输出的脉内波形与原始脉内波形未达到完全同步时，基于补偿原理做出的幅度补偿系数与相位补偿系数会存在较大误差。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于线性调频波形的宽带信道预失真补偿方法，其目的在于解决超宽带条件下物理信道参数非线性变化引发的信号特征畸变问题，保证最终输出的超宽带信号保持理论特性参数。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、本发明提供了一种基于线性调频波形的宽带信道预失真补偿方法，包括：

4、步骤1、信号采样，使用高速示波器对发射系统输出的lfm脉冲信号进行采样，数据波形包括1个完整lfm脉冲；

5、步骤2、基于脉冲压缩计算结果选取lfm信号脉冲起始点，对采样lfm信号做脉冲压缩，采样信号与原始脉内波形求互相关，通过互相关分析可以求出采样信号脉冲起始点；

6、步骤3、计算补偿系数；

7、步骤4、补偿系数分段抽取，将全部扫描频率范围划分为若干个子带，在单个子带内认为补偿系数保持不变；

8、步骤5、预失真补偿。

9、进一步的，步骤2中包括：

10、步骤2.1、在matlab中使用xcorr函数对采样信号与原始lfm脉冲做脉冲压缩(本质为互相关)，xcorr函数基本用法是：[r,lags]＝xcorr(x,y)，其中x和y为输入的两路信号，r是两信号相关函数值，lags是函数值对应的滑动偏移值；

11、步骤2.2、在matlab中使用max函数对相关结果r取最大值，max函数基本用法是：[m,i]＝max(x)，其中x为输入信号，即相关运算结果，m和i分别为最大值和最大值对应的索引值；

12、步骤2.3、取互相关函数偏移值lags在i处的偏移量lags(i)，即为采样信号脉冲起始点。

13、进一步的，步骤3中：

14、原始脉冲内lfm波形：

15、

16、经过发射端系统失真后脉冲内lfm波形，kt＝幅度失真，θt＝相位失真：

17、

18、将接收的lfm1波形与原始波形lfm0进行共轭相乘：

19、

20、根据r1波形计算出各采样时刻的kt和θt值，对原始波形lfm0进行预处理得到：

21、

22、则lfm0经过发射端系统失真后的波形为：

23、

24、可见lfm1’为理想lfm信号，发射端系统失真项kt和θt被消除；

25、根据预失真原理，将接收的lfm1波形与原始波形lfm0作共轭相乘，计算出每个采样点的幅度与相位补偿值，即幅度补偿系数kt与相位补偿系数θt；

26、

27、θt＝angle(lfm1·conj(lfm0))(7)

28、其中conj为matlab自带的取共轭函数；angle为matlab自带的相位提取函数。

29、进一步的，步骤5中：

30、幅度补偿系数kt与相位补偿系数θt共同组成了总的补偿系数提取实部和虚部作为i/q两路总补偿系数和构造i/q补偿表，将iq补偿表写入fpga的rom中；

31、在fpga内通过预设lmf脉冲信号的扫频起始频率、频率变化率等参数值，计算得出lfm信号的实时频率和实时相位，其中实时相位可用于计算得到lfm信号的实部和虚部；实时频率可用于查表选定补偿系数，用乘法器将i/q提取补偿系数与理想lfm脉冲波形相乘，得到预失真后的信号lfm0’；经过失真系统后的实际信号输出即为补偿后的信号lfm1’；最后利用数字模拟转换器(dac)将补偿后的超大带宽信号的数据送出，即可得到补偿后的超大带宽信号。

32、本发明所达到的有益效果为：

33、本发明一种基于线性调频波形的宽带信道预失真补偿方法，采用基于脉冲压缩的方法选取脉冲起始点，避免了补偿点错位，提高了补偿准确性。同时，为适应不同脉宽长度的lfm信号，将各个时间点的补偿值抽取并转化成固定频率点数补偿值，有效减少硬件存储并降低资源消耗，预失真补偿后的lfm信号平坦度有明显改善，脉冲压缩峰值旁瓣比有显著提高。

技术特征：

1.一种基于线性调频波形的宽带信道预失真补偿方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于线性调频波形的宽带信道预失真补偿方法，其特征在于，步骤2中包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于线性调频波形的宽带信道预失真补偿方法，其特征在于，步骤3中：

4.根据权利要求3所述的一种基于线性调频波形的宽带信道预失真补偿方法，其特征在于，步骤5中：

技术总结
本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种基于线性调频波形的宽带信道预失真补偿方法。包括步骤1、信号采样，使用高速示波器对发射系统输出的LFM脉冲信号进行采样，数据波形包括1个完整LFM脉冲；步骤2、基于脉冲压缩计算结果选取LFM信号脉冲起始点，对采样LFM信号做脉冲压缩，采样信号与原始脉内波形求互相关，通过互相关分析可以求出采样信号脉冲起始点；步骤3、计算补偿系数；步骤4、补偿系数分段抽取；步骤5、预失真补偿。采用基于脉冲压缩的方法选取脉冲起始点，避免了补偿点错位。将各个时间点的补偿值抽取并转化成固定频率点数补偿值，有效减少硬件存储并降低资源消耗。预失真补偿后的LFM信号平坦度有明显改善。

技术研发人员：童亚钦,陈晖照,王昊
受保护的技术使用者：山东航天电子技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15